Разработка систем термостабилизации компьютерного процессора на основе полупроводниковых термоэлектрических преобразователей




Скачать 219.33 Kb.
НазваниеРазработка систем термостабилизации компьютерного процессора на основе полупроводниковых термоэлектрических преобразователей
Дата конвертации26.04.2013
Размер219.33 Kb.
ТипАвтореферат

На правах рукописи




Нежведилов Тимур Декартович




разработка систем термостабилизации компьютерного процессора на основе полупроводниковых термоэлектрических преобразователей


Специальность: 05.04.03 – Машины и аппараты, процессы холодильной и криогенной техники, систем кондиционирования и жизнеобеспечения


АВТОРЕФЕРАТ


диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук


Махачкала - 2006



Работа выполнена в Дагестанском государственном техническом университете


Научный руководитель – доктор технических наук, профессор

Исмаилов Т.А.


Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Адамов А.П.

кандидат технических наук, профессор

Клещунов Е.И.


Ведущая организация – ОАО НИИ «Сапфир», Махачкала


Защита диссертации состоится 29 декабря 2006 г. в 10-00 часов на заседании

диссертационного совета К212.052.01 Дагестанского государственного технического университета по адресу: 367015, г. Махачкала, пр. И. Шамиля, 70


С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета по

адресу: г. Махачкала, пр. И. Шамиля, 70


Автореферат разослан «____»_____________ 2006года.


Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат технических наук, доцент ЕвдуловО.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ



Актуальность проблемы. Функционирование современных высокоэф- фективных электронных компонентов, составляющих основу компьютера, сопровождается значительным тепловыделением. Эффективная работа таких компонентов требует адекватных средств охлаждения, обеспечивающих не- обходимые температурные режимы их работы. В первую очередь это отно- сится к процессору, поскольку тепловыделения процессора настолько высоки, что могут негативно сказаться на его работоспособности.

Существующие в настоящее время устройства для отвода теплоты и термостатирования компьютерного процессора не всегда отвечают указан- ному требованию.

Актуальность рассматриваемой в работе проблемы связана с необходи- мостью разработки и всестороннего исследования новых систем для охлаж-дения и термостатирования процессора и термостабилизации блока компью-тера, в том числе с использованием полупроводниковых термоэлектрических преобразователей (ТЭП), позволяющих увеличить эффективность обеспече- ния теплового режима процессора с учётом его высоких тепловых нагрузок.

В последние годы для охлаждения и термостатирования высокопроиз- водительных процессоров все более широкое практическое использование находят полупроводниковые кулеры, основанные на применении термоэлек- трических модулей (ТЭМ). Постоянно растущие потребности в практическом применении ТЭМ обусловлены рядом их достинств, к числу которых относятся: возможность получения искусственного холода на основе эффекта Пельтье при отсутствии движущихся частей холодильного агента, универ- сальность, т.е. возможность перевода из режима охлаждения в режим нагре- вания путём реверса постоянного тока; возможность работы при любой ори- ентации в пространстве и при отсутствии гравитационных полей; простота устройства, компактность и взаимозаменяемость, возможность применения практически в любой компоновочной схеме; высокая надёжность; практичес- ки неограниченный срок службы; простота и широкий диапазон регулирова- ния холодо- и теплопроизводительности.

За последние пять десятилетий проведён большой объём теоретических и экспериментальных исследований полупроводниковых ТЭП и охлаждающих устройств на их основе. Накопленный опыт по эксплуатации, надёжности, работоспособности в специфических условиях и другим технико-экономи- ческим показателям подтверждает возможность широкого применения тер- моэлектрических устройств (ТЭУ) для различных объектов.

Несмотря на большие достижения в области термоэлектрической техники, на сегодняшний день остаётся открытым вопрос о создании систем термо- электрического охлаждения, позволяющих с максимальной эффективностью организовать отвод тепла от процессора и термостабилизацию системного блока компьютера.

Цель работы. Целью диссертационной работы является повышение на- дёжности компьютерного процессора путём обеспечения необходимого тем- пературного режима его работы за счёт использования новых систем ох- лаждения, основанных на применении полупроводниковых ТЭП.

Для достижения данной цели в диссертационной работе поставлены и решены следующие задачи:

  1. создание новых схем обеспечения необходимого температурного режи- ма компьютерного процессора, реализующих плавный прогрев и ох- лаждение процессора в режиме включения и выключения компьютера и предусматривающих использование плавящегося рабочего вещества для термостатирования процессора в установившемся режиме работы;

  2. разработка математической модели термоэлектрической системы, реа- лизующей плавный прогрев и охлаждение процессора в режиме вклю- чения и выключения компьютера и математической модели системы, основанной на использовании плавящегося рабочего вещества для тер- мостатирования процессора в установившемся режиме работы;

  3. на основе проведенных исследований разработка новых конструктивных вариантов ТЭУ для охлаждения и термостабилизации процессора;

  4. проведение комплекса экспериментальных исследований с целью под- тверждения теоретических данных;

  5. внедрение результатов исследований и разработок на предприятиях электронной промышленности, в учебные процессы кафедр, в научно-исследовательскую деятельность лабораторий вузов Республики Дагес- тан и Российской Федерации.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использованы принципы системного подхода, теория теплопроводности твердых тел, теория фазового перехода веществ, математическая статистика, принципы струк- турного программирования, теория оптимизации, численные методы решения дифференциальных уравнений и систем дифференциальных уравнений, экспериментальные методы исследования.

Новые научные результаты. При решении задач, поставленных в диссер-тационной работе, получены следующие новые научные результаты:

  1. Разработана система теплоотвода и термостабилизации процессора, основанная на использовании полупроводникового ТЭП, отличающаяся от аналогов возможностью постепенного прогрева и охлаждения процесс- сора в режиме включения и выключения компьютера для устранения тепловых ударов.

  2. Разработана система теплоотвода и термостатирования компьютерного процессора с применением плавящегося вещества, отличающаяся тем, что для повышения точности термостатирования между процессором и ТЭМ в ней установлен контейнер с плавящимся веществом.

  3. Математические модели систем термостабилизации процессора в режи- ме включения и выключения компьютера и с применением плавящегося вещества.

Практическая полезность работы состоит в том, что разработанные систе- мы теплоотвода и термостатирования компьютерного процессора позволяют повысить надёжность и эффективность работы аппаратуры за счет органи- зации наиболее оптимального температурного режима ее работы.

Реализация и внедрение результатов работы. Полученные результаты исследований нашли практическое применение при выполнении работ по теме «Исследование электро- и теплофизических процессов в полупроводниковых термоэлектрических системах теплоотвода и создание математических моделей и устройств на их основе» на кафедре «Теоретической и общей электро- техники» Дагестанского государственного технического университета (ДГТУ).

Основные результаты диссертационной работы внедрены в практику проектирования и производства ОАО «Эльдаг», а также в учебный процесс Дагестанского государственного технического университета.

Апробация результатов работы. Результаты, полученные в ходе работы по диссертации, докладывались и обсуждались на VIII международной кон- ференции «Термоэлектрики и их применения» (Санкт-Петербург, ФТИ им.

А.Ф.Иоффе РАН. 2002 г.), на научных сессиях Международной академии информатизации (2002 – 2005 гг.), на II Всероссийской научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития термоэлектрического при- боростроения» (г. Махачкала, ДГТУ, 2003 г.), на научно-технических семина- рах кафедры «Теоретической и общей электротехники» ДГТУ с 2000 по 2006г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ, в том числе 8 статей, получено 2 патента Российской Федерации на изобретения.

Объём и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы, включающего 155 наименований, и приложения, содержащего акты внедрения. Основная часть работы изложена на 95 страницах машинописного текста. Работа содержит 50 рисунков и 3 таблиц.


СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ


Во введении дано обоснование актуальности темы диссертационной рабо- ты, определены цель и основные задачи исследования.

В первой главе проведён обзор развития термоэлектрической техники и полупроводниковых ТЭУ, который показал, что на сегодняшний день в этой области накоплен большой теоретический и экспериментальный материал, разработано и внедрено большое количество разнообразных аппаратов, уст- ройств и приборов. Достаточно полно разработаны методики расчета охлаж- дающих ТЭУ, предложены аналитические, графические и графоаналитические способы расчета, а также численные методы с применением ЭВМ. Проведён анализ режимов работы ТЭУ - минимальной температуры холодных спаев, максимальной холодопроизводительности, максимальной энергетической эф- фективности, и другие. Исследованы вопросы влияния на работу охлаждаю- щих ТЭУ пульсаций тока, контактных электрических и тепловых сопротивле- ний, изоляционных прослоек и других факторов. Проведены исследования в области влияния теплообмена на энергетические и другие показатели термо- электрических охладителей.

В настоящее время одной из областей применения эффективных средств охлаждения и термостабилизации является использование их для термоста- билизации процессоров вычислительной техники. Анализ известных способов охлаждения показал, что применение систем обеспечения тепловых режимов процессоров на основе воздушного, водяного и криогенного охлаждения часто является недостаточно эффективным или неприемлемым из-за эксплуатации- онных и массогабаритных ограничений, а также из-за конструктивной слож- ности таких систем. Наиболее приемлемым решением задачи температурной стабилизации процессора является использование системы охлаждения про- цессора на основе ТЭМ. В последние годы для охлаждения современных мощных процессоров стали использовать такие средства, как полупроводни- ковые кулеры Пельтье. Кулер Пельтье – это система охлаждения, в состав ко- торой входят ТЭМ, радиатор и установленный на нём вентилятор. Основание радиатора находится в кондуктивном тепловом контакте с горячими спаями ТЭМ, а вентилятор служит для создания принудительного воздушного потока, направленного на пластины радиатора с целью повышения коэффициента теплоотдачи радиатор-среда. Благодаря своим уникальным тепловым и экс- плуатационным свойствам кулеры Пельтье, созданные на основе ТЭМ, позво- ляют достичь необходимого уровня охлаждения  процессора без особых техни- ческих трудностей и финансовых затрат. Как кулеры электронных компо- нентов, данные средства поддержки необходимых температурных режимов их эксплуатации являются чрезвычайно перспективными. Они компактны, удоб- ны, надежны и обладают очень высокой эффективностью работы.

Проведённые автором статистические исследования показали, что пробле- ма обеспечения эффективного отвода тепла от процессора достаточно актуаль- на. Одна из составляющих этой проблемы – обеспечение необходимого тепло- вого режима процессора в момент включения и выключения компьютера, когда процессор испытывает сильнейшие тепловые перегрузки. Другая составляющая этой проблемы – это обеспечение теплового режима процессора во время работы компьютера. Проведённые в дальнейшем испытания показали, что плав- ный нагрев и охлаждение процессора однозначно устраняют тепловой удар, а термостатирование снижает температуру процессора при работе компьютера со сложными программами, когда резко повышается загруженность процессора.

С учетом проведенных исследований, сформулирована цель диссертаци- онной работы, которая заключается в повышении надежности процессоров вычислительной техники путем обеспечения необходимого температурного ре- жима их функционирования за счет применения новых систем охлаждения, основанных на использовании ТЭМ в составе систем для охлаждения и тер- мостатирования процессора, определены задачи, которые необходимо решить для достижения поставленной цели.

Во второй главе рассмотрены математические модели системы термо- статирования процессора в режиме включения и выключения компьютера и системы охлаждения системного блока компьютера и термостатирования процессора при совместном использовании кулера Пельтье и контейнера с плавящимся веществом.

Рассматриваемое устройство представляет собой устройство для посте- пенного прогрева процессора в режиме включения компьютера и постепен- ного охлаждения процессора в режиме выключения компьютера. Устройство содержит таймер, включающий систему за определенное время до включения компьютера, устройство управления, времязадающую RC-цепь, ТЭМ, установ- ленный на процессоре, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), транзистор, термореле. Постепенный прогрев и охлаждение процессора в режиме вклю- чения и выключения компьютера происходит посредством RC-цепи. Во время работы компьютера температурный режим в процессоре регулируется через ЦАП. Отвод тепла от процессора осуществляется посредством ТЭМ.

Таким образом, условия эксплуатации ТЭМ требуют знания времени выхода на стационарный режим или когда требуемую температуру охлажда- мого (нагреваемого) процессора необходимо осуществить в заданный проме- жуток времени.

Математическая постановка задачи определения температуры в зоне кон- такта ТЭМ и процессора сводится к задаче определения температуры в зоне контакта термоэлемента, сопряжённого с источником постоянного тепловыде- ления ω. Для случая, когда с источником тепловыделения сопряжён холодный спай, уравнение теплового баланса примет вид:

, (1)

где Q0 – холодопроизводительность одного термоэлемента, вт;

τ время, час;

СП теплоёмкость полупроводникового вещества, втּчас./ кгּ°С;

gвес полупроводникового вещества одного термоэлемента, кг;

αТ – коэффициент теплоотдачи, вт / м2ּ°С;

f – поверхность теплообмена, приходящаяся на один термоэлемент, м2;

коэффициент, учитывающий «эффективную» массу полупроводни- кового вещества термоэлемента, участвующую в охлаждении.

– сумма произведений теплоёмкости на вес охлаждаемого, тела, приходящихся на один термоэлемент;

rполное электрическое сопротивление холодного спая.

Интегрируя выражение (1), получим выражение для понижения темпера- туры холодного спая в зависимости от времени τ:

, (2)

где ΔТст - разность температур на спаях термоэлемента в стационарном состоянии.

Для определения времени, в течение которого разность температур на спаях термоэлемента достигнет заданного значения ΔТ, из (2) нетрудно получить следующее уравнение:

, (3)

где

. (4)

Для случая эксплуатации термоэлемента в режиме нагрева (Тх= const) уравнение теплового баланса следующее:

(5)

Здесь - теплопроизводительность одного термоэлемента;

- сумма произведений теплоёмкости на вес охлаждаемого тела,

приходящихся на один термоэлемент;

r′ – полное электрическое сопротивление горячего спая.

Решение уравнений (5) приводит к виду выражений (2) и (3).

С учётом замедления, вносимого наличием RC-цепи в составе системы термостатирования процессора, выражение (3) примет вид:

. (6)

Таким образом, выражение для температуры горячего спая ТЭМ, прог-

ревающего процессор примет вид:

, (7)

В режиме выключении компьютера направление теплового потока изменяется. В этом случае:

. (8)

Также были проведены исследования каскадных ТЭП для указанных целей. Применение ТЭП подобного типа требуется для достижения более глубокого уровня охлаждения.

На рис.1 и 2 приведены графики зависимости температуры процессора от времени в режиме включения и выключения компьютера. без применения рассматриваемого устройства и с применением устройства, полученные в результате расчётов в пакете прикладных программ Mathcad. Из полученных графиков видно, что применение устройства для термостатирования процес- сора в режиме включения и выключения компьютера позволяет замедлить в 3-

-4 раза увеличение температуры процессора при включении компьютера и снижение температуры процессора при выключении компьютера. Указанное обстоятельство является фактором, обеспечивающим применение рассмат- риваемого устройства в качестве средства для постепенного прогрева процес- сора в режиме включения компьютера и постепенного охлаждения процессора в режиме выключения компьютера.


Математическая модель системы термостатирования процессора с применением плавящегося вещества построена на основе решения задачи Стефана, которая формулируется как задача о сопряжении температурных полей в соприкасающихся фазах при наличии особого граничного условия на движущейся поверхности раздела. Это условие характеризуется равенством температур в соприкасающихся фазах и неравенством тепловых потоков слева и справа от границы раздела, связанных с тепловым эффектом фазового превращения.




Для изучения процессов теплообмена при фазовых переходах, происхо- дящих в рабочем веществе, используется приближенный интегральный метод, основанный на замене истинных температурных кривых их приближенными аналогами. Расчетная схема процесса теплообмена при плавлении и затвер- девании рабочего вещества, соответствующая работе процессора и ТЭМ, при- ведена на рис.3.

Уравнения теплового баланса при плавлении для оболочки 1 и затвердевании для оболочки 2 имеют вид:

(9)

(10)

(11)

где - соответственно теплоемкость, плотность и толщина метали ческой оболочки 1 устройства; - коэффициенты теплоотдачи соответственно от оболочки к жидкости и от поверхности раздела фаз к жидкости; - время; k- коэффициент теплоотдачи в окружающую среду, T,T- среднемассовые температуры металлической оболочки 1 и оболочки 2 устройства; - средняя температура жидкой фазы; - температура окружающей среды; q- количество тепла, рассеиваемого процессором; q- количество теплоты, переданного рабочему веществу, q - количество теплоты, отданного рабочим веществом.

Для жидкой (1) и твердой (2) фаз рабочего вещества:

; (12)

, (13)

где - теплоемкость, плотность и теплопроводность жидкой и твердой фазы рабочего вещества;

при ; (14)

, (15)

(16)

(17)

При решении указанной системы уравнений был использован прибли- женный интегральный метод, с помощью которого система уравнений в част- ных производных была приведена к системе обыкновенных дифференциаль- ных уравнений первого порядка:


(18)

(19)

(20)

(21)

Решение системы уравнений (18), (19), (20), (21) было осуществлено чис-ленным методом Рунге-Кутта 4-го порядка в среде MATHCAD 8.0 (профес- сиональная версия).

На рис.4 представлена полученная зависимость температуры процессора, одновременно являющаяся и температурой нагреваемой им поверхности Тоб1 контейнера с плавящимся веществом, от времени  после включения иссле дуемого устройства. Согласно графику, сразу после включения компьютера температура процессора увеличивается. Далее она плавно стабилизируется.


На рис.5 представлена зависимость температуры поверхности Тоб2 кон- тейнера с плавящимся веществом, находящегося в тепловом контакте с ох- лаждающим эту поверхность ТЭМ от времени  после включения устройства. Наблюдая за ходом изменения графика, видим, что на начальном этапе температура оболочки, находящейся в тепловом контакте с ТЭМ, падает. Далее Тоб2 постепенно стабилизируется.

Модель ТЭУ термостабилизации системного блока компьютера заклю- чается в расчете условий теплообмена и расчете электрофизических парамет- ров ТЭМ. Здесь имеет место непосредственный тепловой контакт спаев ТЭМ с объемом статирования.

В третьей главе описаны результаты экспериментальных исследований, проведённых с целью подтверждения адекватности математических моделей реальным процессам, протекающим в ТЭУ и проверки правильности сделан- ных на их основе выводов.

Основными задачами экспериментальных исследований являлись:

- оценка точности принятых математических моделей ТЭУ и сравнение основных выходных характеристик исследуемых изделий с теоре- тическими;

  • экспериментальная проверка влияния конструктивных, теплофизи- ческих и режимных факторов на характеристики полупроводниковых ТЭУ.

Поставленные задачи решались путём исследования опытных конструк- ций на специально разработанных для этой цели стендах.

Экспериментальные исследования проводились в нормальных лабо- раторных условиях при температуре 20ºС. Для проведения эксперименталь- ных исследований ТЭУ для термостатирования процессора в режиме включе- ния и выключения компьютера нами был собран стенд, на котором исследо- вался разработанный и изготовленный в лаборатории опытный образец, представляющий собой систему термостабилизации процессора, установлен- ную в блоке компьютера, которая включает в себя кулер Пельтье (состоящий из ТЭМ (ICE-71), радиатора и вентилятора), выключатель, триггер, RC-цепь, транзистор, термореле.

Для определения основных параметров исследуемого устройства при испытаниях нами замерялись следующие величины: напряжение и ток на ТЭМ; температуры на его спаях, температура процессора, температура ра- диатора, температура в системном блоке компьютера, время прогрева про- цессора до рабочей температуры в режиме включения компьютера, время ох- лаждения процессора до температуры окружающей среды в режиме вык- лючения компьютера.

Температуры на горячей и холодной сторонах ТЭМ, температуры процес- сора и радиатора измерялись медь-константановыми термопарами, опорные спаи которых находились в сосуде Дьюара с тающим льдом. Выходные сиг-налы с термопар через многоканальный переключатель поступали в измери- тельный комплекс. Питание системы термостатирования процессора осу-ществлялось от регулируемого источника постоянного тока. Ток, проходящий через ТЭМ и напряжение питания на нём контролировались встроенными в блок питания приборами.

На основе полученных данных были построены зависимости температуры процессора от времени в режиме включения и выключения компьютера, а также зависимость перепада температур на сторонах процессора от времени с момента включения и с момента выключения компьютера. Для сравнения данные зависимости были получены при использовании разработанного ТЭУ и при использовании обычного кулера Пельтье. Сравнение расчетных и экс- периментальных данных показало их хорошую сходимость. Максимальная погрешность составила не более 12% на всем диапазоне измерений. Экспе- риментальные исследования подтвердили правильность выводов о преиму- ществе системы термостатирования процессора в режиме включения и вык- лючения компьютера над системой охлаждения процессора на основе кулера Пельтье. Применение разработанного устройства позволяет значительно увеличить (в 4 раза) время прогрева процессора в режиме включения компьютера и обеспечивает плавное увеличение температуры процессора, а также увеличить (в 3,2 раз) время остывания процессора в режиме выклю- чения компьютера, тем самым обеспечивая плавное снижение температуры процессора. При этом перепад температур на сторонах процессора (сторона корпуса процессора, находящаяся в тепловом контакте с ТЭМ и противопо- ложная сторона) не превышает 2ºС, что означает отсутствие возможности термических ударов.

Были проведены экспериментальные исследования системы термостати- рования процессора с применением плавящихся веществ. Исследования осу- ществлялись на экспериментальной модели устройства, представляющего собой систему термостабилизации процессора, которая включает в себя ТЭМ (ICE-71), радиатор, вентилятор и контейнер с плавящимся веществом, уста- новленный между ТЭМ и процессором. На корпусе компьютера установлен термоохладитель, в состав которого входят термобатарея (ТЭБ), радиаторы с установленными на них вентиляторами с внутренней и внешней стороны корпуса системного блока. Для исследований был выбран корпус системного блока герметичного типа.

На основе экспериментальных данных построены зависимости темпера- туры процессора от времени при плавлении и затвердевании рабочего вещес- тва, зависимость координаты границы раздела фаз от времени, зависимости температуры в системном блоке компьютера от тока питания охладителя.

По результатам проведённых экспериментальных исследований можно сделать следующие выводы: разработанное устройство позволяет получить необходимый температурный режим в системном блоке компьютера за не- большой промежуток времени. При использовании ТЭБ, состоящей из двух стандартных модулей типа ICE-71, при токе питания 5А время выхода на рабочий режим составит не более 11 минут; экспериментальные данные под- тверждают правомочность выбранной математической модели. Отличия рас- чётных данных от экспериментальных не превышают 12% на всём диапазоне измерений.

В четвёртой главе описаны конструкции устройств для термостабили- зации процессора, построенные на основе разработанных систем охлаждения и термостатирования.

На рис. 6 схематически показано устройство для термостатирования про- цессора в режиме включения и выключения компьютера. Данное устройство содержит таймер 1, устройство управления 2, времязадающую RC-цепь 3, ТЭМ 4, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 5, процессор 6, транзистор 7, термореле 8.

При включении компьютера таймер 1, передаёт сигнал на устройство уп- равления 2, в качестве которого используется триггер. Триггер передает сиг- нал "1" на времязадающую RC-цепь 3. Происходит накопление заряда на конденсаторе С. При этом постепенно увеличивается ток через транзистор 7. Соответственно, ТЭМ 4 постепенно прогревает до рабочей температуры про- цессор 6. Через 1-2 мин. после включения таймера (время, достаточное для установления рабочего температурного режима процессора) включается ком- пьютер, при этом термореле 8 переключает ТЭМ на ЦАП 5, а транзистор 7 закрывается. ТЭМ включается на охлаждение процессора. Во время работы компьютера температурный режим процессора регулируется через ЦАП 5. При выключении компьютера ЦАП 5 передает сигнал на устройство управления 2. Начинается обратный процесс. Триггер передает сигнал "0" на RC-цепочку. Конденсатор С разряжается. Транзистор вновь открывается. При этом ТЭМ 4 постепенно охлаждает процессор 6 до комнатной температуры.






4

На рис.7 схематически показано устройство для термостатирования про- цессора с применением плавящегося вещества. Устройство установлено в корпусе компьютера 1 герметичного типа. ТЭБ 4 установлена на корпусе компьютера 1. На этой ТЭБ с обеих сторон установлены радиаторы. Радиатор 3, установленный на холодных спаях ТЭБ, расположен внутри корпуса компьютера, а радиатор 5, установленный на горячих спаях – снаружи. На радиаторе 3 установлен вентилятор 2 для увеличения коэффициента теплопе- редачи радиатор-среда.

Термостатирование процессора 7 обеспечивает система, в состав которой входят контейнер с плавящимся веществом 8, ТЭМ 9, радиатор 10, вентиля- тор 11. Источник питания 7 обеспечивает работу системы охлаждения сис- темного блока и термостатирования процессора. Контейнер с плавящимся ве- ществом представляет собой тонкостенную ёмкость, изготовленную из меди в виде параллелепипеда с гладкой поверхностью, герметичный объём которой заполнен рабочим веществом. В качестве рабочего вещества использовался парафин.

Устройство позволяет поддерживать допустимый предел рабочих темпе- ратур процессора а также обеспечить необходимый температурный режим внутри корпуса компьютера.

В заключении сформулированы основные выводы по диссертационной работе в целом.

В приложении к диссертации приведены акты внедрения результатов работы.


ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ


В процессе решения задач, поставленных в диссертационной работе, получены следующие основные результаты:

  1. На основе проведенного обзора способов охлаждения процессора по- казано, что для отвода тепла и термостабилизации процессора наибо- лее приемлемым является термоэлектрический метод охлаждения.

  2. Разработана система охлаждения и термостатирования процессора, основанная на использовании ТЭМ для плавного прогрева процессора в режиме включения и плавного охлаждения – в режиме выключения компьютера.

  3. Разработана система термостатирования процессора с применением плавящегося рабочего вещества, в которой для эффективного отвода тепла от процессора контейнер с плавящимся веществом установлен между процессором и ТЭМ, а для охлаждения системного блока ком- пьютера использован охладитель на основе ТЭМ.

  4. Разработаны математические модели системы термостатирования процессора в режиме включения и выключения компьютера и системы термостатирования процессора с применением плавящегося рабочего вещества и ТЭМ.

  5. Выполнены исследования по экспериментальной проверке разрабо- танных математических моделей, установлена хорошая сходимость расчетных и экспериментальных данных.

  6. Спроектированы новые конструктивные варианты устройств для теп- лоотвода и термостабилизации процессора.

  7. Результаты диссертационной работы внедрены в производство на предприятии электронной промышленности и в учебный процесс вуза.


ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ


  1. Патент РФ №2208830 7 G 05 D 23/22 Терморегулирующее устройство для обеспечения минимальных тепловых напряжений в режимах включения и выключения ЭВМ/ Исмаилов Т.А., Гаджиев Х.М., Нежведилов Т.Д. (РФ) - №2000123386; Заявл. 07.09.2000; Опубл. 20.07.2003, Бюл. №20.

  2. Патент РФ №2256946 7 G 05 D 23/22 Термоэлектрическое устройство тер- морегулирования компьютерного процессора с применением плавящегося вещества/ Исмаилов Т.А., Гаджиев Х.М., Гаджиева С.М., Нежведилов Т.Д., Гафуров К.А. (РФ) - №2003124399; Заявл. 04.08.2003; Опубл. 20.07.2005, Бюл. №20.

  3. Исмаилов Т.А., Гаджиев Х.М., Нежведилов Т.Д. Устройство температурной стабилизации при включении и выключении ЭВМ // Материалы VIII Межго-

сударственного семинара. Термоэлектрики и их применение, СПб.: ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН. 2002г. С. 379-381

  1. Исмаилов Т.А. Устройство терморегулирования для микропроцессорной техники (статья)/ Гаджиев Х.М., Нежведилов Т.Д.// «Вестник ДГТУ. Тех. науки», Махачкала, 2002, №5 С. 36-38

  2. Исмаилов Т.А. Устройство температурной стабилизации для микропроцес- сорной техники (статья)/ Гаджиев Х.М., Нежведилов Т.Д.// «Вестник ДГТУ. Тех. науки», Махачкала, 2002, №5 С. 38-39

  3. Гаджиев Х.М., Нежведилов Т.Д. Расчет параметров термоэлектрического устройства для охлаждения компьютерного процессора // Материалы II Все- российской научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития термоэлектрического приборостроения», Махачкала, 2003.-С.83-84

  4. Гаджиев Х.М., Нежведилов Т.Д. Термоэлектрическое устройство для охлаж- дения системного блока компьютера // Материалы II Всероссийской научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития термоэлек- трического приборостроения», Махачкала, 2003.-С.85-86

  5. Гаджиев Х.М., Нежведилов Т.Д. Термоэлектрический теплоотвод // Матери- алы II Всероссийской научно-технической конференции «Состояние и перс- пективы развития термоэлектрического приборостроения», Махачкала, 2003.-С.108-109

  6. Исмаилов Т.А., Гаджиев Х.М., Нежведилов Т.Д. Применение многокаскад- ных термоэлектрических модулей для охлаждения процессора компьютера // Изв. Вузов. Приборостроение, СПб.: Изв вузов. 2004. Т.47, №7.С.25-29

10. Гаджиев Х.М., Нежведилов Т.Д. К вопросу обеспечения температурных режимов БИС, используемых в ЭВМ, с использованием плавящегося вещес-

тва//Материалы восьмой научной сессии Международной академии инфор- матизации (Сборник трудов). Махачкала, 2002. С.39-41

11. Нежведилов Т.Д. Математическая модель системы термостатирования компьютерного процессора с применением плавящегося вещества // Материалы десятой научной сессии Международной академии инфор- матизации (Сборник трудов). Махачкала, 2005. С.80-85

12. Нежведилов Т.Д. Термостабилизация компьютера с применением полу- проводниковых термоэлектрических преобразователей // «Полупроводни- никовые термоэлектрические приборы и преобразователи» (Сборник науч- ных трудов). Махачкала, 2005. С.58-64.


Формат 60x84 1/32. Бумага офсетная

Печать ризограф. Усл. П.л. 1


Тираж 100 экз. Заказ №263




Отпечатано в ИПЦ ДГТУ.

367015, г. Махачкала, пр. Имама Шамиля, 70


Добавить в свой блог или на сайт

Похожие:

Разработка систем термостабилизации компьютерного процессора на основе полупроводниковых термоэлектрических преобразователей iconРазработка технологии изготовления термоэлектрических материалов из субмикронных и нанопорошков сплавов теллурида висмута для высокоэффективных твердотельных преобразователей энергии
«Разработка технологии изготовления термоэлектрических материалов из субмикронных и нанопрошков сплавов теллурида висмута для высокоэффективных...

Разработка систем термостабилизации компьютерного процессора на основе полупроводниковых термоэлектрических преобразователей iconРазработка технологии изготовления материалов состава Bi 2 Se X Te 1- X и исследование термоэлектрических микромодулей на их основе
Разработка технологии изготовления материалов состава Bi2SexTe1-x и исследование термоэлектрических микромодулей на их основе

Разработка систем термостабилизации компьютерного процессора на основе полупроводниковых термоэлектрических преобразователей iconИсследование и разработка высокоэффективных импульсных преобразователей напряжения с шим и систем электропитания на их основе
Работа выполнена на кафедре «Теория электрических цепей» Санкт-Петербургского государственного университета телекоммуникаций им проф....

Разработка систем термостабилизации компьютерного процессора на основе полупроводниковых термоэлектрических преобразователей iconМосковский энергетический институт
Целью дисциплины является ознакомление с современной элементной базой силовой электроники и типовыми схемотехническими решениями...

Разработка систем термостабилизации компьютерного процессора на основе полупроводниковых термоэлектрических преобразователей iconПримерная программа дисциплины
Целью изучения дисциплины является ознакомление студентов с современной элементной базой силовой электроники и наиболее широко используемыми...

Разработка систем термостабилизации компьютерного процессора на основе полупроводниковых термоэлектрических преобразователей iconИсследование наклонноконденсированных плёночных материалов для термоэлектрических преобразователей лазерного излучения
Специальность 05. 27. 06  Технология и оборудование для производства полупроводников, материалов и приборов электронной техники

Разработка систем термостабилизации компьютерного процессора на основе полупроводниковых термоэлектрических преобразователей iconИмитатор батареи солнечной для наземной отработки и испытаний систем электропитания космических аппаратов на основе импульсных преобразователей
Работа выполнена в Научно-исследовательском институте автоматики и электромеханики Томского государственного университета систем

Разработка систем термостабилизации компьютерного процессора на основе полупроводниковых термоэлектрических преобразователей iconПояснительная записка подпись Дата фио руководитель Коберниченко В. Г
В данном курсовом проекте требуется разработать цифровой фильтр с бесконечной импульсной характеристикой на основе процессора цифровой...

Разработка систем термостабилизации компьютерного процессора на основе полупроводниковых термоэлектрических преобразователей icon«Благородные металлы, сплавы, промышленные и ювелирные изделия из них; вторичные ресурсы, содержащие благородные металлы»
Проволока из платины и платинородиевых сплавов для термоэлектрических преобразователей. Технические условия

Разработка систем термостабилизации компьютерного процессора на основе полупроводниковых термоэлектрических преобразователей iconНаправления конференции
Основы проектирования и расчета оптико-электронных устройств и систем, в том числе первичных преобразователей, систем машинного зрения,...


Разместите кнопку на своём сайте:
lib.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©lib.convdocs.org 2012
обратиться к администрации
lib.convdocs.org
Главная страница